特許 7641387 電池ケースおよびリチウム電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-02-26

(45)【発行日】2025-03-06

(54)【発明の名称】電池ケースおよびリチウム電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/103 20210101AFI20250227BHJP

   H01M 50/169 20210101ALI20250227BHJP

   H01M 50/15 20210101ALI20250227BHJP

   H01M 50/133 20210101ALI20250227BHJP

   H01M 50/134 20210101ALI20250227BHJP

   H01M 50/531 20210101ALI20250227BHJP

   H01M 10/0587 20100101ALI20250227BHJP

   H01M 10/052 20100101ALI20250227BHJP

【ＦＩ】

H01M50/103

H01M50/169

H01M50/15

H01M50/133

H01M50/134

H01M50/531

H01M10/0587

H01M10/052

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2023537600

(86)(22)【出願日】2021-11-22

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-12-27

(86)【国際出願番号】 CN2021132101

(87)【国際公開番号】W WO2022247177

(87)【国際公開日】2022-12-01

【審査請求日】2023-06-20

(31)【優先権主張番号】202121145687.X

(32)【優先日】2021-05-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】518405050

【氏名又は名称】恵州億緯▲リ▼能股▲フン▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＥＶＥ ＥＮＥＲＧＹ ＣＯ．， ＬＴＤ．

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ． ３８， Ｈｕｉｆｅｎｇ ７ｔｈ Ｒｏａｄ， Ｚｈｏｎｇｋａｉ Ｈｉ－Ｔｅｃｈ Ｚｏｎｅ Ｈｕｉｚｈｏｕ， Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ ５１６００６， Ｃｈｉｎａ

(74)【代理人】

【識別番号】100176072

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 功

(72)【発明者】

【氏名】劉亮亮

(72)【発明者】

【氏名】祝媛

(72)【発明者】

【氏名】劉栄江

【審査官】川口 陽己

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１６－５３１４０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】欧州特許出願公開第０３０９８８７４（ＥＰ，Ａ１）

【文献】中国実用新案第２０７８００７１４（ＣＮ，Ｕ）

【文献】特開２００１－２３６９２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０３８６０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１５３０１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１５２１４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１２１５１７４６（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１２０４７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－００３８９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０２０－５１７０８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１０５１８１７４（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１０８２８７１４（ＣＮ，Ａ）

【文献】欧州特許出願公開第０３４８６９６６（ＥＰ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ５０／１０－５０／１９８

Ｈ０１Ｍ １０／０５－１０／０５８７

Ｈ０１Ｍ １０／００－１０／０４；１０／０６－１０／３４

Ｈ０１Ｍ ５０／５０－５０／５９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

両端が開口する筒状構造であり、溶接接続されて位置決め機構が設けられた第１の側辺および第２の側辺を有する、板材を曲げて溶接することで成形されるように設けられるケース体と、
前記ケース体の第１の端に溶接され、前記ケース体の第１の端を閉塞するように構成されるケースボトムと、
前記ケース体の第２の端に溶接され、前記ケース体の前記ケースボトムから離れる第２の端を閉塞するように構成されるケース蓋と、を備え、
前記位置決め機構は、
前記板材に設けられ且つ前記第１の側辺に近い貫通孔と、
前記板材に設けられ且つ前記第２の側辺に近く、前記貫通孔内に差し込まれるように構成されるバンプとを備え、
前記第１の側辺は、前記板材の外側壁に溶接され、前記第２の側辺は、前記板材の内側壁に溶接される、
電池ケース。

【請求項2】

前記ケースボトムは、辺縁が前記ケース体の一側に向かって延伸して囲い壁を形成する底板を備え、
前記囲い壁の外側壁が前記ケース体の内側壁に接続されるか、或いは、前記囲い壁の内側壁が前記ケース体の外側壁に接続される、
請求項１に記載の電池ケース。

【請求項3】

前記ケース体は、第１の段および第２の段を備え、
前記第２の段の断面サイズが前記第１の段の断面サイズよりも小さく、
前記ケースボトムは、辺縁が前記ケース体の一側に向かって延伸して囲い壁を形成する底板を備え、
前記囲い壁の内側壁が前記第２の段の外側壁に接続される、
請求項１に記載の電池ケース。

【請求項4】

前記ケース体内には、少なくとも第１の収容領域および第２の収容領域が配列されており、
前記第１の収容領域と前記第２の収容領域とが連通され、
前記第１の収容領域の厚さが前記第２の収容領域の厚さよりも大きい、
請求項１に記載の電池ケース。

【請求項5】

前記ケースボトムの厚さが前記ケース体の前記板材の厚さ以上である設定方式、および、前記ケース体の前記板材の硬さが前記ケースボトムの硬さよりも大きい設定方式の少なくとも１種類が採用される、
請求項１に記載の電池ケース。

【請求項6】

請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電池ケースと、
前記電池ケースのケース体内に位置するセルと、を備える、
リチウム電池。

【請求項7】

前記ケース蓋と前記セルとの距離はＬ１で、セルタブの長さはＬ２で、Ｌ２＞Ｌ１である、
請求項６に記載のリチウム電池。

【請求項8】

前記セルは、少なくとも第１の芯体および第２の芯体を備え、
前記第１の芯体と前記第２の芯体とは接続シートにより接続され、前記第１の芯体の厚さが前記第２の芯体の厚さよりも大きく、
前記ケース体内には第１の収容領域および第２の収容領域が設けられており、前記第１の収容領域の厚さが前記第２の収容領域の厚さよりも大きく、
前記第１の芯体は前記第１の収容領域内に位置し、前記第２の芯体は前記第２の収容領域内に位置する、
請求項６に記載のリチウム電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、出願日が２０２１年５月２６日で、出願番号が２０２１２１１４５６８７．Ｘである中国特許出願の優先権を主張し、該出願の全ての内容は引用により本願に組み込まれている。

【0002】

本願は、リチウム電池の技術分野に関し、例えば、電池ケース、およびこの電池ケースを備えるリチウム電池に関する。

【背景技術】

【0003】

リチウム電池のケース体は、一般的に、プレスの方式を採用して加工して成形されており、電池のケース体の原料コストを低減させるために、電池のケース体は、材質がステンレス鋼であるものが多いが、ステンレス鋼材料の引張性能が悪く、ケースのプレスの深さに大きな限界があり、電池のケース体の形状が複雑である場合、ステンレス鋼材料を使用するとケースをプレスする難度を増加させるため、引張性能の高い材料を改めて使用して電池のケース体を製造することになり、この方式はリチウム電池の製造コストを大幅に増加させてしまう。関連技術における角形のリチウム電池のセルは、厚さ方向において利用率が高く、リチウム電池の両端は、正負極の引出しおよび内空ニーズの要求で利用率が比較的小さく、同時に、セルが、充放電時に巻き芯の側面面積の大きい一側に膨張し、これにより、電池には後続の使用過程で膨れるリスクがある。

【発明の概要】

【0004】

本願は、加工および取付の難度が低い電池ケースを提供する。

【0005】

本願は、空間利用率が高く且つ製造コストが低いリチウム電池をさらに提供する。

【0006】

一実施例は、両端が開口する筒状構造であり、溶接接続されて位置決め機構が設けられた第１の側辺および第２の側辺を有する、板材を曲げて溶接することで成形されるように設けられるケース体と、前記ケース体の第１の端に溶接され、前記ケース体の第１の端を閉塞するように構成されるケースボトムと、前記ケース体の第２の端に溶接され、前記ケース体の前記ケースボトムから離れる第２の端を閉塞するように構成されるケース蓋と、を備える電池ケースを提供する。

【0007】

一実施例は、前記電池ケースのケース体内に位置するセルと、上記の電池ケースとを備えるリチウム電池を提供する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本願の一実施例に係る電池ケースの正面断面図である。

【図2】本願の一実施例に係る電池ケースの正面断面図である。

【図3】本願の一実施例に係る電池ケースの平面部分断面図である。

【図4】本願の一実施例に係る電池ケースの正面断面図である。

【図5】本願の一実施例に係るケース体の平面模式図である。

【図6】本願の一実施例に係るケース体の平面模式図である。

【図7】本願の一実施例に係るケース体ケースの平面模式図である。

【図8】本願の一実施例に係るリチウム電池の組立模式図である。

【図9】本願の一実施例に係るリチウム電池の正面断面図である。

【図10】本願の一実施例に係るリチウム電池の平面断面図である。

【図11】図１のＡにおける部分拡大模式図である。

【図12】図２のＢにおける部分拡大模式図である。

【図13】図３のＣにおける部分拡大模式図である。

【図14】図９のＤにおける部分拡大模式図である。

【符号の説明】

【0009】

１００・・・第１の芯体、２００・・・第２の芯体、３００・・・セルタブ、
１・・・ケース体、１１・・・第１の側辺、１２・・・第２の側辺、１０１・・・凸起、１０２・・・バンプ、１０３・・・貫通孔、１０４・・・第１の収容領域、１０５・・・第２の収容領域、１０６・・・凹溝、１１０・・・第１の段、１２０・・・第２の段、２・・・ケースボトム、２０１・・・底板、２０１１・・・ステップ面、２０２・・・囲い壁、３・・・ケース蓋、３０１・・・注液孔、４・・・キャップ、５・・・閉塞材、６・・・絶縁材、７・・・接続シート、７０１・・・正極シート、７０２・・・負極シート。

【発明を実施するための形態】

【0010】

図１ないし図５、図９に示すように、本願に係る電池ケースは、ケース体１、ケースボトム２およびケース蓋３を備え、ケース体１は、両端開口である筒状構造を呈し、板材を曲げて溶接することで成形され、板材は、溶接接続された第１の側辺１１および第２の側辺１２を有し、第１の側辺１１および第２の側辺１２に溶接を補助する位置決め機構が設けられており、ケースボトム２は、ケース体１の第１の端に溶接され、ケース体１の第１の端を閉塞するように構成され、ケース蓋３は、ケース体１の第２の端に溶接され、ケース体１のケースボトム２から離れる第２の端を閉塞するように構成される。板材を曲げて成形するという方式でケース体１を製造することは、板材の歪み量を減少させ、板材にヒビなどの欠陥が現れることを回避し、ケース体１の製造難度を低下させることができ、位置決め機構を設けることで、所定の位置に曲げられた後の板材を溶接する前に、板材に対して仮固定を実現し、板材の溶接難度を低下させることができるとともに、ケース体１の製造精度を保証することもできる。

【0011】

図９を参照し、本願は、ケース体１内に位置するセルと、上記実施例に係る電池ケースとを備えるリチウム電池をさらに提供する。このリチウム電池は、構造が簡単であり、自動化生産が実現されやすく、使用空間が限られている場合、実際のニーズに応じてリチウム電池の断面形状を設計して、リチウム電池の空間利用率を向上させ、折り曲げという方式を採用してケース体１を製造して、リチウム電池の製造難度を低下させ、リチウム電池の強度および確実性を保証することができる。

【0012】

図８ないし図１０を参照し、本願は、上記のリチウム電池の製造に応用され、
板材に対して曲げ処理をし、位置決め機構により板材の第１の側辺１１と第２の側辺１２とを位置合わせし、そして、板材を溶接してケース体１を形成するステップと、
ケース体１内にセルを入れるステップと、
セルの負極タブをケースボトム２に接続し、セルの正極タブをケース蓋３のキャップ４に接続するステップと、
ケース蓋３およびケースボトム２を、それぞれケース体１と溶接し、電池ケース内に電解液を注入するステップと、を含むリチウム電池の組立方法をさらに提供する。

【0013】

先に板材を溶接してケース体１を形成してから、セルを入れており、このようにすることで、ケース体１の製造難度を低下させることができるとともに、溶接に発生した熱量がセルに伝達することを回避し、電池ケースの溶接によるセル性能への影響を減らすこともできる。

【0014】

図１および図４を参照し、一実施例において、板材は、第１の側辺１１に凹溝１０６が設けられており、凹溝１０６の溝底の幅が凹溝１０６の溝口の幅よりも大きく、第２の側辺１２に凹溝１０６の形状に適応する凸起１０１が設けられており、第１の側辺１１と第２の側辺１２とが接触すると、凸起１０１を凹溝１０６内に差し込み、板材の溶接前の仮固定を実現し、板材の溶接難度を低下させる。凹溝１０６および凸起１０１は、構造が簡単であり、加工しやすく、ケース体１の製造難度を低下させることができ、且つ、凹溝１０６と凸起１０１との嵌合により、ケース体１の各箇所における肉厚がほぼ一致し、ケース体１が占有する空間を小さくし、ケース体の内部空間の利用率を向上させることができる。この時、凹溝１０６および凸起１０１は、電池ケースの位置決め機構である。

【0015】

本実施例は、単一枚の板材を曲げており、このようにすることで、板材の溶接回数を低減させることができ、シート状の板材の曲げ回数は少なくとも４回であり、第１の側辺１１と第２の側辺１２との接続位置はケース体１の一側面に位置し、このようにすることで、板材の溶接難度を低下させるだけでなく、溶接後の溶接ビードに対する研磨難度を低下させ、溶接効率を向上させることができ、勿論、第１の側辺１１と第２の側辺１２との接続位置はケース体１のコーナー位置に位置してもよく、この時、凸起１０１が凹溝１０６内に差し込み可能であることを保証するために、凸起１０１に対して折り曲げ処理を行う必要があり、この時、シート状の板材の曲げ回数は、少なくとも３回であり、この設定方式は、板材の曲げ回数を低減させることができる。

【0016】

図２および図３を参照し、一実施例において、板材における第１の側辺１１に近い位置には貫通孔１０３が設けられ、板材における第２の側辺１２に近い位置にはバンプ１０２が設けられており、板材が所定の位置に曲げられた後、バンプ１０２が貫通孔１０３内に差し込まれて板材の仮固定を実現し、この時、板材の第１の側辺１１が板材の外側壁に重ね接続し、板材の第２の側辺１２が板材の内側壁に重ね接続し、すなわちケース体１に、板材が重なる領域があり、板材の第１の側辺１１と板材の外側壁とを溶接する。バンプ１０２と貫通孔１０３との嵌合という方式を採用し、板材を仮固定することで、板材の仮固定の接続強度を向上させ、溶接期間に第１の側辺１１および第２の側辺１２にずれが現れることを回避し、ケース体１の製造精度を向上させることができる。この時、貫通孔１０３およびバンプ１０２は、電池ケースの位置決め機構である。

【0017】

この実施例において、板材における第２の側辺１２には近い位置にリベットが設けられてもよく、板材が所定の位置に曲げられた後、リベットが貫通孔１０３内に差し込まれ、そして、リベットに対してカシメ処理を行い、板材の仮固定を実現し、このようにすることで、板材の仮固定の接続安定性を向上させることができる。

【0018】

図１１を参照し、一実施例において、ケースボトム２は、底板２０１を備え、底板２０１の辺縁はケース体１の一側に向かって延伸して囲い壁２０２を形成し、囲い壁２０２の外側壁とケース体１の内側壁とを接続し、このようにすることで、ケース体１の外表面を面一にすることができ、囲い壁２０２の内側壁とケース体１の外側壁とを接続してもよく、図１３を参照し、一実施例において、ケース体１は、第１の段１１０および第２の段１２０を備え、第２の段１２０の断面サイズは、第１の段１１０の断面サイズよりも小さく、ケースボトム２は、囲い壁２０２の内側壁がケース体の第２の段１２０の外側壁に接続され、本実施例において、第１の段１１０の外表面と囲い壁２０２の外表面とが係合されて面一となり、このようにすることで、リチウム電池の外観を改善することができる。ケース体１とケースボトム２との接続位置に重ね合わせ構造を設けることで、ケース体１とケースボトム２との接続位置の密封性を向上させることができ、溶接時に熱量が発生し、重ね合わせ構造により、電池ケースのより多くの溶接熱量の吸収を可能にし、溶接によるセル性能への影響を減らすことができる。

【0019】

本実施例において、ケースボトム２は、プレスで成形されたものであり、ケースボトム２の厚さは、ケース体１の板材の厚さ以上であり、このようにすることで、ケースボトム２にプレス欠陥が現れる確率を低減させることができ、ケース体１の板材の硬さはケースボトム２の硬さよりも大きく、使用時に、リチウム電池内におけるセルはセルの側面面積が大きい一側へ膨張しやすく、この時、硬さが大きいケース体１は、セルに対して位置制限を行い、リチウム電池に膨れが現れることを回避することができる。

【0020】

一実施例において、ケース体１を製造する板材は、ステンレス鋼、純ニッケル板、アルミニウム合金などの薄板、または、耐腐食および重量軽減のニーズに適応する材料、例えばアルミニウム－ステンレス鋼、アルミニウム－鉄－ニッケルなどの複合材料であってもよい。

【0021】

図１２を参照し、一実施例において、ケースボトム２には底板２０１のみが設けられており、底板２０１の周部にはステップ面２０１１が凹んで設けられており、ステップ面２０１１がケース体１に接続される。ステップ面２０１１を設けることで、組立時に、ステップ面２０１１はケース体１と位置決めを形成して、両者の後続の溶接作業の難度を低下させることができる。

【0022】

一実施例において、ケース蓋３にはキャップ４が設けられており、キャップ４がリチウム電池のセルの正極タブに接続され、リチウム電池のセルの負極タブがケースボトム２に接続される。

【0023】

一実施例において、ケース蓋３におけるキャップ４とケース蓋３とは絶縁材６により絶縁接続され、このようにすることで、リチウム電池にショートが起きることを回避することができる。

【0024】

一実施例において、図８および図９に示すように、ケース蓋３には注液孔３０１および閉塞材５が設けられており、閉塞材５は、選択的に注液孔３０１を閉塞する。注液孔３０１を設けることで、ケース蓋３およびケースボトム２のそれぞれとケース体１との溶接が完了した後、電池ケースの内部に電解液を注入し、溶接位置の密封性を保証することができる。組立時に、注液孔３０１を介して電池ケースに対して注液を行い、注液が完了した後、化成処理を行い、化成が完了した後、閉塞材５を注液孔３０１内に入れ、そして、レーザ溶接の方式で閉塞材５とケース蓋３とを溶接して密封することができる。

【0025】

図８および図１４を参照し、ケース蓋３とセルとの距離はＬ１で、セルタブ３００の長さはＬ２で、Ｌ２＞Ｌ１である。セルタブ３００の長さをケース蓋３とセルとの間の距離よりも大きく設けることで、セルタブ３００とキャップ４とは、複数種類の接続方式、例えば、レーザ溶接、超音波溶接および抵抗溶接などの溶接方式を実現することができ、これにより、リチウム電池の製造コストが低減される。

【0026】

図８ないし図１０を参照し、リチウム電池内におけるセルは、第１の芯体１００および第２の芯体２００を備え、第１の芯体１００と第２の芯体２００とは接続シート７により接続され、本実施例において、第１の芯体１００の厚さは第２の芯体２００の厚さよりも大きく、ケース体１内には第１の収容領域１０４および第２の収容領域１０５が配列されており、第１の収容領域１０４と第２の収容領域１０５とが連通され、第１の収容領域１０４の厚さが第２の収容領域１０５の厚さよりも大きく、第１の芯体１００は第１の収容領域１０４内に位置し、第２の芯体２００は第２の収容領域１０５内に位置する。本実施例において、第１の芯体１００と第２の芯体２００とは並列し、勿論、他の実施例において、第１の芯体１００と第２の芯体２００とは直列して設けられてもよい。ケース体１を加工する時、ケース体１の断面が異なる形状の組合せとなり、リチウム電池が異なる使用空間に適応可能であるように、板材を複数回折り曲げることができ、この時、ケース体１内には、厚さが異なる第１の収容領域１０４および第２の収容領域１０５があり、第１の収容領域１０４および第２の収容領域１０５内に厚さが異なる第１の芯体１００および第２の芯体２００を相応して設けると、リチウム電池の電気エネルギー貯蔵能力を向上させることができる。

【0027】

本実施例において、第１の収容領域１０４および第２の収容領域１０５は、ケース体の幅方向に沿って配列され、他の実施例において、第１の収容領域１０４および第２の収容領域１０５は、実際のニーズに応じて、ケース体１の厚さ方向、長さ方向または他の方向に沿って配列されてもよい。

【0028】

図５ないし図７を参照し、ケース体１の断面は、複数種類の異なる形状の組合せであってもよく、リチウム電池内には、ケース体１の形状に応じて、第３芯体、第４芯体等々が設けられてもよい。

【0029】

一実施例において、接続シート７は、正極シート７０１および負極シート７０２を備え、第１の芯体１００の負極タブと第２の芯体２００の負極タブとは負極シート７０２により接続され、負極シート７０２はケースボトム２に接続され、第１の芯体１００の正極タブと第２の芯体２００の正極タブとは正極シート７０１により接続され、正極シート７０１の長さは、セルとケース蓋３との距離よりも大きく、正極シート７０１は、ケース蓋３のキャップ４に溶接され、正極シート７０１とキャップ４との溶接が完了した後、ケース蓋３とケース体１とは組み立てられて、位置決めされ、溶接される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】